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하버드 대학의 과학자 그룹은 손상된 관절이나 연골을 대체할 수 있는 강력하고 매우 유연한 하이드로젤을 만들어내는 데 성공했습니다.
이 기술의 개발자는 기계, 재료 과학, 조직 공학 분야의 전문가입니다.
최초의 하이드로겔은 2003년에 등장했습니다. 이는 특수한 젤라틴 형태의 고체 물질로, 원예, 의학 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되어 왔습니다. 그러나 초기 하이드로겔의 성능은 매우 제한적이었습니다. 작은 하중에도 사용할 수 없었기 때문입니다. 탄력성과 강도를 제공하는 최적의 제형을 개발하려는 모든 시도는 실패로 끝났습니다.
이 물질은 주성분이 물이므로 하이드로겔이라고 불립니다. 하이드로겔은 두 개의 고분자 네트워크로 구성되어 상호 작용하여 매우 강력한 효과를 냅니다. 하이드로겔은 자가 치유가 가능하고 매우 단단하며 생체 적합성을 가지고 있는데, 이러한 생체 적합성 덕분에 의료용으로 적합합니다.
"기존 하이드로젤은 기계적 응력에 매우 민감합니다. 숟가락으로 쉽게 찍어 먹을 수 있는 젤리를 생각해 보세요."라고 하버드 공학 및 응용과학대(SEAS)의 연구원인 정윤상 수석 저자는 설명합니다. "하지만 하이드로젤은 생체적합성이 뛰어나고 수성이므로 의학 분야에서 생체 조직 배양 및 영양 배지로 사용됩니다. 하이드로젤을 새로운 과학 및 산업 분야에 활용하기 위해서는 낮은 강도로 인해 소재를 사용할 수 없게 만드는 단점을 제거해야 했습니다. 이를 위해 이중 하이드로젤의 고분자 네트워크 중 하나를 갈조류 세포에서 얻은 긴 탄화수소 사슬인 알긴산 네트워크로 대체했습니다. 그 결과, 강성과 유연성을 동시에 유지하는 하이드로젤을 얻을 수 있었습니다."
과학자들이 만든 하이드로젤 스트립은 기존에 만들어진 소재보다 10배 더 큰 기계적 하중을 견딜 수 있고, 기존 유사 소재보다 20배 더 잘 늘어날 수 있으며, 개선된 공식 덕분에 긁힘과 절단과 같은 기계적 손상에 대한 저항력이 증가했습니다.
전문가에 따르면, 하이드로젤의 향상된 특성은 하이드로젤의 적용 범위를 확대할 것입니다. 특히, 이러한 소재는 손상된 연골과 관절에 대한 좋은 대안이 될 수 있으며, 인공 근육을 만드는 데 사용하거나 상처를 덮는 용도로도 사용할 수 있습니다.